气体泄漏及扩散计算
天然气管线泄漏事故模拟计算
天然气管线泄漏事故模拟计算天然气管道破裂后，导致大量的天然气泄漏，如果立即遇到点火源，则在破裂处形成喷射火焰，其主要危害为热辐射；如果泄漏一段时间后，在遇到点火源，则会发生爆炸或闪燃，同时在泄漏口持续喷射燃烧。
如果泄漏的天然气在无限制的空气中扩散，则可能发生蒸气云爆炸。
天然气管线直径为1016mm ，运行压力为10MPa ，本次假设天然气管线发生破裂泄漏，裂口面积为0.025㎡，泄漏时间为30s 和60s ，分别通过泄漏模型、喷射火伤害模型和蒸气云爆炸模型，进行事故后果模拟计算。
一、泄漏模型计算管道中气体泄漏质量流量与其流动状态有关，对于天然气管道，一般属于音速流动，其特征可用临界流（最大出口速度等于声速或亚临界流）来描述。
Perry 等人用如下的关系式作为临界流的判断准则：当式（1）成立时，气体流动属音速流动；当式（2）成立时，气体流动属亚音速流动。
1012+⎪⎭⎫⎝⎛+≤k k k P P （1）1012+⎪⎭⎫ ⎝⎛+>k k k P P （2）式中，P 0为环境大气压力(Pa)；P 为容器内压力(Pa)；k 为气体的绝热指数，即定压比热C P 和定容比热C v 之比。
气体呈音速流动时，其泄漏量为：1112-+⎪⎭⎫⎝⎛+=k k d k RT Mk APC Q （3）气体呈亚音速流动时，其泄漏量为：1112-+⎪⎭⎫⎝⎛+=k k d k RT Mk APYC Q （4）式中，Q 是气体泄漏速率（kg ／s ）；C d 为气体泄漏系数，当裂口形状为圆形时取1.00，三角时取0.95，长方形时取0.90；A 为裂口面积（m 2）；M 是气体相对分子质量；R 是普适气体常数（8.31436Jmol -1K -1）；T 是气体的储存温度（K ）；Y 为气体膨胀因子；按式（5）计算。
211121101021121⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=-+-k k kk kk k p p p p Y （5） 上述考虑的为理想气体的不可逆绝热扩散过程。
气体的扩散与扩散系数
气体的扩散与扩散系数气体扩散是指气体在自然界中由高浓度向低浓度逐渐向外扩散的过程。
扩散现象在自然界中广泛存在，它在我们的日常生活中起着重要的作用。
气体扩散的速率与扩散系数有着密切的关系。
本文将探讨气体扩散的原理以及如何计算扩散系数。
一、气体扩散原理气体扩散是由于气体分子热运动引起的。
气体分子之间存在着无规则的热运动，而热运动会使分子自发地向低浓度区域移动，以使系统达到热平衡。
这种无规则的运动导致了气体分子在垂直于浓度梯度方向上的自由扩散。
二、气体扩散速率的影响因素气体扩散速率与以下几个因素密切相关：1. 浓度差：浓度差是决定扩散速率的重要因素之一。
浓度差越大，扩散速率越快。
2. 温度：温度的提高使气体分子的平均动能增加，从而增加了气体分子的扩散速率。
3. 分子量：分子量较小的气体分子，其平均速度较大，扩散速率也较快。
4. 分子间相互作用力：分子间的相互作用力会影响气体的扩散速率。
相互作用力越大，扩散速率越慢。
三、扩散系数的定义与计算扩散系数是描述气体扩散速率的物理量，定义为单位时间内通过单位面积的气体量。
扩散系数可以用下面的公式来计算：D = (1/3)*√(2*π*R*T/M)其中，D表示扩散系数，R表示气体常数，T表示绝对温度，M表示气体分子的摩尔质量。
四、扩散系数的应用扩散系数在实际应用中有着广泛的应用。
例如在工业上，我们可以利用气体扩散原理来分离和提取所需的气体成分。
此外，在环境科学领域，扩散系数可以用来预测大气中的污染物传播情况。
五、气体扩散中的重要现象——菲克定律在气体扩散的研究中，菲克定律是一个非常重要的定律。
它描述了气体在扩散过程中的浓度变化与时间和距离的关系。
根据菲克定律，气体扩散的速率正比于浓度梯度的负值。
公式可以表示为：J = -D * (∂C/∂x)其中，J为单位面积的气体流量（即单位时间内通过单位面积的气体量），D为扩散系数，C为气体浓度，x为扩散距离。
六、气体扩散实验为了验证气体扩散现象，可以进行一系列实验。
天然气高压泄漏
一、泄漏物质在大气中扩散的计算模型1.泄漏物质在大气中扩散的计算模型 如果化学危险物质只是具有易燃易爆性，则发生泄漏后虽然可能产生极为严重的火灾、爆炸事故，但是影响的范围不大，仅局限于厂区内部或临近的区域。
但是，若该物质具有毒性，泄漏后能在大气中扩散，则将造成大范围内的人员中毒事故。
对于毒物在大气中扩散的计算，可以根据下列情形进行。
（1）泄漏危险源瞬时排放的情形 泄漏危险源为瞬时排放时，如果排放质量为Q(kg),则空间某一点在t 时刻的浓度由下式得出：()⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡++--=•••••••••••••z y x z y x z y ut x •Qt z y x C 2222222/321exp )2(2),,,(σσσσσσπ (公式3-19) 式中x —下风方向至泄漏源点的距离，m;y,z —侧风方向、垂直向上方向的离泄漏源点的距离，m;u —风速，m/s;σx ,σy ,σz, —分别为x,y ,z 方向的扩散参数； t —扩散时间，s(2)泄漏危险源连续排放的情形若泄漏源为连续排放，泄漏速率为Q(kg/s)时，则空间莫一点在t 时刻的浓度由下式得出：⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=••••••••z y z y z y u Q t z y x C 222221exp ),,,(σσσπσ (公式3-20) 式中符号意义同上。
对于扩散参数σy , σz,，这里引用TNO 有关的公式：•ax Q ••by••dz cx Q （公式3-21）根据上述两个大气扩散公式，即可算出有毒气体泄漏后造成的毒害区域。
扩散系数a 、b 、c 、d 与大气稳定条件见表3-1表3-1 扩散参数与大气稳定条件 大气条件 a b c d 极不稳定A 0.527 0.865 0.28 0.9 不稳定B 0.371 0.866 0.23 0.85 弱不稳定C 0.209 0.897 0.22 0.8 中性D 0.128 0.905 0.2 0.76 弱稳定E 0.098 0.902 0.15 0.73 稳定F0.0650.9020.120.67例：某压缩天然气（CNG ，含CH 496.23%）高压输送管的内部绝对压力为2.6Mpa,外界大气的压力位0.1Mpa,管道内径600mm.若管道发生开裂导致天然气泄漏，泄漏的裂口为狭窄的长方形裂口，裂口尺寸为管径的60%，宽为2mm.已知甲烷的爆炸下限浓度为5%。
第7章 化学品泄露与扩散模型 - 2
100
向运动较小。
0
图7-9 昼间和夜间空气温度随高度的变化，
-1
1
3
5
7
9
11
温度梯度影响空气的垂直运动
温度 摄氏度
7. 3 扩散方式及扩散模型
7.3.1 扩散方式及其影响因素 稳定度划分：不稳定、中性和稳定 划分标准：对地面加热速度与地面散热速度相对快慢 （1）加热速度＞地面散热速度 地面附近的空气温度比高处的空气温度高，地表附近空气的密度小，上层空 气密度大，密度小的空气在这种浮力作用下上升，导致大气不稳定。[晴天上 午9、10点后，肉眼会观测到地表升腾；春秋早晨水雾消散]。F浮＞F重 （2）加热速度=散热速度。热量对大气扰动很小，但很难长久保持。F浮=F重 （3）加热速度＜散热速度。地面附近的温度比高处空气的温度低，地表附近 空气密度大于高处空气的密度。F浮＜F重。重力影响抑制了大气机械湍流。
• 求解液体蒸发比例，有：
fv mv / m 1 exp Cp (T0 Tb ) / Hv
(7-60) (7-61)
7.2.3 液体闪蒸
【例7-6】闪蒸计算 • 1 kg饱和水储存在温度为177°C的容器中，容器破裂，压力下降到
1atm，计算水的蒸发比例。 • 解：
• 对于100◦C下的液体水： Cp=4.2 kJ/(kg·◦C )； △Hv=2252.2 kJ/kg
预测的Ma1 式子左边的值
0.20 -8.48
0.25 -0.007
• 根据最近一次预测的Ma1值计算结果接近于零，因此由式（728）：
7.2.2 气体或蒸气泄露
• 由式（7-35）和式（7-36）得：
7.2.2 气体或蒸气泄露
• 为确保是塞流，管道出口处的压力必须小于340kPa，由式（7-38） 计算单位面积质量流量：
化工安全工程课件第六章泄漏源及扩散模式
第八节 湍流扩散模型 一、湍流扩散微分方程的推导
若风向与Ｘ轴方向一致
二、无边界点源扩散模型
1. 瞬时泄漏点源的扩散模型 U=0 即无风条件下
U≠0 有风条件下
2. 连续泄漏点源的扩散模型 U=0 即无风条件下,连续泄漏各位置点浓度与时间无关
U≠0 有风条件下，连续泄漏各位置点浓度与时间无关
三、有边界点源扩散模型
第六节 易挥发液体蒸发的源模式
泄漏液体向大气蒸发，该蒸发过程的传质推动力为蒸发物质 的气液界面与大气间的浓度差。液体蒸发为气体的摩尔通量：
第七节 扩散模式（有毒有害ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ质在空气中扩散）
连续泄漏源泄漏 的扩散模式
瞬间泄漏源泄漏 的扩散模式
风速、大气稳定度、地面情况、泄漏源高度、泄漏物质的初 始状态、物料性质等因素均会对泄漏物质在大气中的扩散产 生影响。
a 对于光滑管，λ由雷诺数Re决定 （经验公式） b 对于粗糙管，λ由雷诺数Re和相对粗糙度ε/d决定（经验公式、查图）
U= 0→u Z= 5 →0
第四节 气体或蒸气经小孔泄露的源模式
泄漏后密度发生变化 可压缩流体
（势能变化忽略） 定义孔流系数：
令
第五节 闪蒸液体的泄漏源模式
闪蒸：瞬间完成的减压气化，不需加热。近似为绝热过程。
第一节 液体经小孔泄露的源模式
泄露形式
容器内流速忽略， 不考虑摩擦损失和 液位变化
考虑到因惯性引起的截面收缩及摩擦引起的速度减小，引入孔流系数C0。 C0=实际流量/理论流量
C0约为1
薄壁小孔C0约0.61
厚壁小孔或孔外伸有 一段短管C0约0.81
通常情况下C0难以求取，为保持足够的安全余量，可取1.
第二节 储罐中液体经小孔泄露的源模式
气体扩散浓度计算模型介绍
常见的泄露源: 常见的泄露源: 爆炸形成瞬时泄露——烟团 爆炸形成瞬时泄露 烟团
扩散过程研究
不同性质气体在不同条件下表现出不同 的特征 观察者对过程特征的选取
重气扩散过程
四个阶段 ★初始阶段：物质从容器泄漏出，形成气云后在本身的惯性力和外界风速的作用下，上升变形； 初始阶段： 初始阶段 物质从容器泄漏出，形成气云后在本身的惯性力和外界风速的作用下，上升变形； ★重力沉降阶段和空气卷吸阶段：当气云初始动量消失后，重力占主导地位。由于云团与周围空气 重力沉降阶段和空气卷吸阶段： 重力沉降阶段和空气卷吸阶段 当气云初始动量消失后，重力占主导地位。 间的密度差，导致重气塌陷，沿地表面拓展，引起云团厚度的降低和径向尺寸的增大， 间的密度差，导致重气塌陷，沿地表面拓展，引起云团厚度的降低和径向尺寸的增大，而在大气湍 流的作用下外界空气进入云团，即空气卷吸，云团被稀释， 流的作用下外界空气进入云团，即空气卷吸，云团被稀释，同时由于初始泄漏云团与周围环境的温 度差异而进行热量交换； 度差异而进行热量交换； ★非重气扩散转变：随着云团的稀释冲淡，重气效应逐渐消失，重气扩散转变为非重气扩散； 非重气扩散转变： 非重气扩散转变 随着云团的稀释冲淡，重气效应逐渐消失，重气扩散转变为非重气扩散； ★大气湍流扩散阶段(被动扩散)：即大气湍流对云团的扩散起支配作用。 大气湍流扩散阶段( 大气湍流扩散阶段 被动扩散) 即大气湍流对云团的扩散起支配作用。
气体扩散浓度计算模型介绍
华东理工大学 沈艳涛
2006.8.31
第一部分 扩散过程与模型分类介绍
相关背景——污染性泄露 污染性泄露 相关背景
大气污染性泄露的形式： 大气污染性泄露的形式：
– 自然方面：火山喷发的有害气体，某些物质自 自然方面：火山喷发的有害气体， 燃或在一定条件下产生的有毒气体， 燃或在一定条件下产生的有毒气体，环境微生 物产生的某些气体 – 日常生活方面：生活用煤产生的含氮硫氧气体 日常生活方面： – 石化燃料动力的交通车辆产生的尾气将在一定 气候下生成光化学雾 – 工业用气体的泄漏，特别是化学工业用到的大 工业用气体的泄漏， 量的有毒有害， 量的有毒有害，易燃易爆的气体 – 其他方面产生的一些气体及烟尘
泄露计算方法
重大事故后果分析方法：泄漏事故后果分析是安全评价的一个重要组成部分，其目的在于定量地描述一个可能发生的重大事故对工厂、厂内职工、厂外居民，甚至对环境造成危害的严重程度。
分析结果为企业或企业主管部门提供关于重大事故后果的信息，为企业决策者和设计者提供关于决策采取何种防护措施的信息，如防火系统、报警系统或减压系统等的信息，以达到减轻事故影响的目的。
火灾、爆炸、中毒是常见的重大事故，可能造成严重的人员伤亡和巨大的财产损失，影响社会安定。
世界银行国际信贷公司(IFC)编写的《工业污染事故评价技术手册》中提出的易燃、易爆、有毒物质的泄漏、扩散、火灾、爆炸、中毒等重大工业事故的事故模型和计算事故后果严重度的公式，主要用于工业污染事故的评价。
该方法涉及内容，也可用于火灾、爆炸、毒物泄漏中毒等重大事故的事故危险、危害程度的评价。
由于设备损坏或操作失误引起泄漏从而大量释放易燃、易爆、有毒有害物质，可能会导致火灾、爆炸、中毒等重大事故发生。
1 泄漏情况1．1 泄漏的主要设备根据各种设备泄漏情况分析，可将工厂(特别是化工厂)中易发生泄漏的设备分类，通常归纳为：管道、挠性连接器、过滤器、阀门、压力容器或反应器、泵、压缩机、储罐、加压或冷冻气体容器及火炬燃烧装置或放散管等十类。
一个工厂可能有各种特殊设备，但其与一般设备的差别很小，可以容易地将其划归至所属的类型中去。
图6—1～图6—10提供了各类设备的典型损坏情况及裂口尺寸，可供后果分析时参考。
这里所列出的损坏典型，仅代表事故后果分析的最基本的典型损坏。
评价人员还可以增加其他一些损坏的形式和尺寸，例如阀的泄漏、开启式贮罐满溢等人为失误事故，也可以作为某些设备的一种损坏形式。
1．2 泄漏后果分析一旦泄漏，后果不单与物质的数量、易燃性、毒性有关，而且与泄漏物质的相态、压力、温度等状态有关。
这些状态可有多种不同的结合，在后果分析中，常见的可能结合有4种：(1)常压液体；(2)加压液化气体；(3)低温液化气体；(4)加压气体。
泄漏和扩散模拟
泄漏和扩散模拟一、训练目的1.通过训练，了解PHAST软件的基本功能，学会使用PHAST软件解决石油化工装置泄漏、扩散等问题，掌握使用PHAST软件建立相关模型，模拟分析气体获液体泄漏扩散后浓度的变化。
2.掌握气体扩散的模拟分析方法。
二、训练内容要求气体或液体泄漏扩散过程模拟三、训练仪器本训练所用软件为PHAST6.7四、训练方法和步骤：1 学习使用软件，了解软件的界面及输入和输出数据2 选择Vessel/pipe source 模型3 输入相关参数（甲烷储罐数据）4 对结果进行分析五、气体泄漏扩散浓度的计算1.泄漏量的计算气体从容器的裂缝或者小孔泄漏时，其泄漏速度与空气的流动速度有关。
因此，首先要判断泄漏时气体流动属于亚音速还是音速流动，前者称为次临界流，后者称为临界流。
满足下列条件时，气体流动属于亚音速流动：而当满足下列条件时，气体流动属于音速流动：上面两式中，P0---环境压力，PaP---管道内介质压力，Paγ---比热比，γ=CP /CV,定压比热与定容比热之比（1）气体呈亚音速流动时，泄露速率Q(2)气体呈音速流动时，泄露速率Q上面两式中 Cd-气体泄露速率，泄露裂口为圆形时取1.00 Y-气体膨胀因子，对音速流动，Y=1-气体密度，kg/m³R-气体常数，R=8.314472J/(K*mol)T-气体温度，K2.射流扩散及气团扩散模型气体泄露时从裂口射出形成气体射流，一般情况下，泄露气体的压力将高于周围环境的大气压力，温度低于环境温度，在进行射流计算式，应该以等价射流孔径来计算，等价射流的孔径按下式计算：其中，—裂口直径，m—泄露气体的密度，kg/m³—周围环境条件下气体密度，kg/m³射流气体泄露出来之后，在大气环境和地形地貌的影响下，在泄露上方形成气团，气团在大气中进一步扩散，影响范围广。
气团在大气中的扩散情况与气团自身性质有关，甲烷相对密度约为0.55，比空气的密度低，甲烷将向上扩散。
消防工程师常用公式整理
消防工程师常用公式整理消防工程师在工作中需要应对各种火灾风险和安全问题，掌握常用的公式是必不可少的。
下面整理了一些消防工程师常用的公式，以便在实际工作中能够准确计算和评估各项参数。
1. 建筑物疏散时间计算公式建筑物疏散时间是指在火灾发生时，人员从建筑物内疏散到安全区域所需的时间，常用公式如下：疏散时间 = (人数 ×疏散系数) / 疏散率其中，疏散系数表示人员疏散时的阻力程度，疏散率表示单位时间内疏散的人数。
2. 火场烟气温度计算公式火灾发生后，火场产生的烟气温度对人员逃生和救援工作产生很大影响，常用公式如下：烟气温度 = (火场热释放速率 ×烟气系统总阻力 + 室温) / (火场热释放速率 ×烟气系统总阻力系数)其中，火场热释放速率表示单位时间内火灾产生的热量，烟气系统总阻力表示烟气在排烟系统中的阻力，系数表示火场的特性。
3. 自动喷水灭火系统水流量计算公式自动喷水灭火系统是常见的消防设施之一，在设计和施工阶段需要计算系统所需的水流量，常用公式如下：水流量 = 建筑物容积 ×热释放速率 / 喷头覆盖面积其中，建筑物容积表示火灾发生后需要喷水灭火的空间容积，热释放速率表示单位时间内火灾产生的热量，喷头覆盖面积表示自动喷水灭火系统的喷头所能覆盖的面积。
4. 消防泵功率计算公式消防泵是供水系统中的重要组成部分，消防工程师需要计算所需的泵功率，常用公式如下：泵功率 = (所需扬程 ×流量) / (102 ×泵效率)其中，所需扬程表示消防泵所需提供的水平距离和垂直距离之和，流量表示消防泵每分钟所能提供的水量，泵效率表示水泵工作时的效率。
5. 气体泄漏扩散速度计算公式气体泄漏扩散是消防工程师在处理有关气体泄漏风险时需要考虑的因素之一，常用公式如下：扩散速度 = (泄漏速率 ×安全距离系数) / (扩散系数 ×气体浓度)其中，泄漏速率表示单位时间内气体泄漏的速率，安全距离系数表示距离泄漏源的安全距离，扩散系数表示气体在空气中的扩散能力，气体浓度表示泄漏地点的气体浓度。
泄露计算方法
重大事故后果分析方法：泄漏事故后果分析是安全评价的一个重要组成部分，其目的在于定量地描述一个可能发生的重大事故对工厂、厂内职工、厂外居民，甚至对环境造成危害的严重程度。
分析结果为企业或企业主管部门提供关于重大事故后果的信息，为企业决策者和设计者提供关于决策采取何种防护措施的信息，如防火系统、报警系统或减压系统等的信息，以达到减轻事故影响的目的。
火灾、爆炸、中毒是常见的重大事故，可能造成严重的人员伤亡和巨大的财产损失，影响社会安定。
世界银行国际信贷公司(IFC)编写的《工业污染事故评价技术手册》中提出的易燃、易爆、有毒物质的泄漏、扩散、火灾、爆炸、中毒等重大工业事故的事故模型和计算事故后果严重度的公式，主要用于工业污染事故的评价。
该方法涉及内容，也可用于火灾、爆炸、毒物泄漏中毒等重大事故的事故危险、危害程度的评价。
由于设备损坏或操作失误引起泄漏从而大量释放易燃、易爆、有毒有害物质，可能会导致火灾、爆炸、中毒等重大事故发生。
1 泄漏情况1．1 泄漏的主要设备根据各种设备泄漏情况分析，可将工厂(特别是化工厂)中易发生泄漏的设备分类，通常归纳为：管道、挠性连接器、过滤器、阀门、压力容器或反应器、泵、压缩机、储罐、加压或冷冻气体容器及火炬燃烧装置或放散管等十类。
一个工厂可能有各种特殊设备，但其与一般设备的差别很小，可以容易地将其划归至所属的类型中去。
图6—1～图6—10提供了各类设备的典型损坏情况及裂口尺寸，可供后果分析时参考。
这里所列出的损坏典型，仅代表事故后果分析的最基本的典型损坏。
评价人员还可以增加其他一些损坏的形式和尺寸，例如阀的泄漏、开启式贮罐满溢等人为失误事故，也可以作为某些设备的一种损坏形式。
1．2 泄漏后果分析一旦泄漏，后果不单与物质的数量、易燃性、毒性有关，而且与泄漏物质的相态、压力、温度等状态有关。
这些状态可有多种不同的结合，在后果分析中，常见的可能结合有4种：(1)常压液体；(2)加压液化气体；(3)低温液化气体；(4)加压气体。
LNG泄漏气体浓度和温度扩散过程计算
LNG泄漏气体浓度和温度扩散过程计算发表时间：2020-08-05T11:41:08.240Z 来源：《基层建设》2020年第10期作者：万亚丽[导读] 摘要：随着液化天然气在国际贸易中优势逐渐凸显，使用日益广泛，我国进口LNG的数量逐年增加，LNG接收站也随之增多。
新疆庆华能源集团有限公司新疆伊犁 835000摘要：随着液化天然气在国际贸易中优势逐渐凸显，使用日益广泛，我国进口LNG的数量逐年增加，LNG接收站也随之增多。
LNG储罐作为接收站内重要的储存设备，同时也是重大危险源，安全问题不容小觑。
泄漏作为LNG储存过程中主要事故类型，须更加重视。
LNG 储罐万一发生泄漏将对设备、作业人员甚至环境均造成严重后果，因此对LNG储罐泄漏扩散后果的研究至关重要。
关键词：液化天然气；泄漏；扩散；数值模拟1、引言利用高斯烟羽模型进行LNG泄漏过程模拟，得到LNG泄漏后扩散浓度场和温度场分布。
参考天然气燃烧下限0．0358kg/m3与低温温度规定291K确定了气体浓度场和温度场的危险区域范围，分析了环境风速和大气稳定度参数与泄漏扩散的关系，得出环境参数对浓度场、温度场及危险区域的影响规律：设置参数为泄漏量5kg/s，泄漏源高度20m，泄漏孔径50mm，大气稳定度C级，环境风速2、3、4、5m/s。
本文采用高斯模型模拟LNG储罐泄漏扩散过程，对得到的结果进行分析，能更全面地认识LNG储罐泄漏危害。
2、危险区域2.1气体浓度危险区域液化天然气泄漏在空气中，如遇点火源会发生火灾和爆炸危险，需设定气体浓度危险区域以保证安全。
当天然气的气体浓度在0．0358kg/m3时会达到爆炸下限发生爆炸，当天然气的气体浓度达到50%爆炸下限时会产生闪火危险［28～30］液化天然气的泄漏不但会引发爆炸也会因气体浓度过大对人体造成影响，当天然气的气体浓度大于0．0067kg/m3时会对人体造成窒息危险，以此设定窒息危害区域。
LNG泄漏扩散的气体浓度危险区域可按照爆炸、闪火和对人体有害三个条件作为判据，爆炸危险区域最小，窒息危害区域最大，危险区域主要沿下风向展开。
气体稳定泄漏速率计算公式
气体稳定泄漏速率计算公式在工业生产和化工领域，气体泄漏是一种常见的现象。
为了确保工作场所的安全，需要对气体泄漏速率进行准确的计算和预测。
气体稳定泄漏速率计算公式是一种用来计算气体泄漏速率的数学模型，它可以帮助工程师和技术人员准确地预测气体泄漏的速率，从而采取相应的措施来保护工作人员和设备的安全。
气体泄漏速率的计算是一个复杂的过程，涉及到气体的性质、泄漏口的形状和尺寸、环境条件等多个因素。
为了简化计算过程，工程师们提出了一系列的气体泄漏速率计算公式，其中最常用的是TNTC公式和Steady-State公式。
TNTC公式是一种简化的气体泄漏速率计算公式，它基于理想气体状态方程和泄漏口的形状和尺寸来计算气体泄漏速率。
TNTC公式的表达式如下：Q = C A sqrt(2 ΔP / ρ)。
其中，Q表示气体泄漏速率，单位为立方米/秒；C表示泄漏系数，是一个与泄漏口形状和尺寸相关的常数；A表示泄漏口的有效面积，单位为平方米；ΔP表示泄漏口两侧的压力差，单位为帕斯卡；ρ表示气体的密度，单位为千克/立方米。
Steady-State公式是另一种常用的气体泄漏速率计算公式，它基于稳态条件下的气体流动理论来计算气体泄漏速率。
Steady-State公式的表达式如下：Q = C A sqrt(2 ΔP / ρ) (P1 / P2)。
其中，Q表示气体泄漏速率，单位为立方米/秒；C表示泄漏系数，是一个与泄漏口形状和尺寸相关的常数；A表示泄漏口的有效面积，单位为平方米；ΔP表示泄漏口两侧的压力差，单位为帕斯卡；ρ表示气体的密度，单位为千克/立方米；P1和P2分别表示泄漏口两侧的压力，单位为帕斯卡。
在实际工程中，工程师们往往根据具体情况选择合适的气体泄漏速率计算公式，并结合现场实际情况进行修正和调整。
此外，为了提高计算的准确性，工程师们还会考虑气体的温度、湿度、环境压力等因素，并采用计算机辅助工程软件进行模拟和分析。
除了气体泄漏速率的计算，工程师们还需要考虑如何有效地控制和减少气体泄漏对工作场所的危害。
泄漏率的计算公式
泄漏率的计算公式在工程学和环境科学中，泄漏率是一个重要的参数，用来描述物质从容器或管道中泄漏的速率。
泄漏率的计算公式可以帮助工程师和科学家准确地评估和预测泄漏事件的影响，从而采取相应的措施来减少损失和保护环境。
本文将介绍泄漏率的计算公式，并讨论其在实际工程和科学研究中的应用。
泄漏率的计算公式通常基于流体力学和质量守恒定律。
在理想情况下，泄漏率可以通过以下公式计算：\[ Q = A \cdot C_d \cdot \sqrt{2gh} \]其中，Q表示泄漏率（单位为体积/时间），A表示泄漏口的面积，\(C_d\)表示流体的泄漏系数，g表示重力加速度，h表示泄漏口下方的液体高度。
这个公式基于伯努利方程和扩散流动的理论，可以用来计算液体从容器或管道中泄漏的速率。
在实际工程中，泄漏率的计算还需要考虑更多的因素，例如泄漏口的形状、压力、温度、流体的性质等。
因此，泄漏率的计算公式可能会根据具体情况进行修正和调整。
例如，对于气体泄漏，泄漏率的计算公式可以表示为：\[ Q = A \cdot C_d \cdot \sqrt{2 \cdot \gamma \cdot R \cdot T} \cdot P \]其中，Q表示泄漏率（单位为体积/时间），A表示泄漏口的面积，\(C_d\)表示气体的泄漏系数，\(\gamma\)表示气体的比热比，R表示气体常数，T表示温度，P 表示压力。
这个公式考虑了气体的物理性质和状态参数，可以更准确地预测气体泄漏的速率。
泄漏率的计算公式在工程实践中有着广泛的应用。
首先，它可以帮助工程师设计和选择合适的泄漏防护设施，以减少泄漏事件的发生和影响。
其次，它可以用来评估泄漏事件对环境和人员安全的影响，从而制定相应的紧急应对措施。
此外，泄漏率的计算公式还可以用来优化工艺流程，提高生产效率和资源利用率。
除了在工程实践中的应用，泄漏率的计算公式也在环境科学研究中发挥着重要作用。
通过对泄漏率的计算和模拟，科学家可以更好地理解和预测大气、水体和土壤中污染物的扩散和影响，从而制定相应的环境保护政策和措施。
燃气安全技术标准第2章燃气的泄露与扩散
泄漏燃气的扩散模型与泄漏燃气物理性质、 泄漏管道系统的周边环境和气候条件有极 大的关系。 泄漏燃气温度、密度与大气温度、密度的 差异及风速和泄漏现场各类障碍物的存在， 使泄漏燃气扩散模拟变得十分复杂。
2.2.1泄漏液体的蒸发
1)闪蒸 液体燃气（如液化天然气、液化石油气）的 沸点通常低于环境温度，当液态燃气从压力 容器中泄漏出来时，由于压力突减，液态燃 气会突然蒸发，称为闪蒸。 闪蒸的蒸发速度由下式计算：
κ－气体的绝热指数，双原子气体取1.4，多原子气体取
1.29，单原子取1.66； M－燃气的分子量kg/mol； R－气体常数，8.3144J/(mol.k)； T－气体的温度，K。
当 时，气体流动属于亚音 速流动，燃气泄漏的质量流量为：
p0 2 k 1 ( ) p k 1
k
q mG
2 k 1 kM k p k p k C dg AP ( )( ) 1 ( ) RT k .燃气的泄漏与扩散
2.1 燃气的泄漏 燃气泄漏是燃气供应系统中最典型的事 故，燃气火灾和爆炸绝大部分情况下都 是由燃气泄漏引起的，即使不造成大的 人员伤亡事故，燃气泄漏也导致资源的 浪费和环境的污染。
2.1.1泄漏的分类
1 .按照泄漏的流体分类: 气体泄漏 液体泄漏 气液两相泄漏 2.按照泄漏的构件分类： 管道泄漏 、调压器泄漏、阀门泄漏、补偿器泄 漏、排水器泄漏、计量装置泄漏、储气设备泄漏 等。
当Fv<<1时，可认为泄漏的液体不会发生闪蒸， 此时泄漏量按液体泄漏量公式(2.1)计算；泄漏出 来的液体会在地面上蔓延，遇到防液堤而聚集形 成液池； 当 Fv <1时，泄漏量按两相流模型(2.4)计算； 当 Fv =1时，泄漏出来的液体发生完全闪蒸，此 时应按气体泄漏(2.3)处理。 当 Fv >0.2时，可以认为不形成液池。
天然气气体扩散速率公式
天然气气体扩散速率公式
天然气气体扩散速率可以用弗兰克庞克斯定律来描述。
弗兰
克庞克斯定律是描述气体在一个容器内扩散的速率的物理定律，其公式如下：
\[J=D\frac{\partialC}{\partialx}\]
其中，J表示单位时间内通过单位面积的扩散通量，C表示气体浓度，x表示距离，D表示扩散系数。
根据弗兰克庞克斯定律，气体的扩散速率与浓度梯度成正比，与扩散系数成反比。
浓度梯度越大，气体扩散速率越快；扩散
系数越小，气体扩散速率越慢。
然而，在实际应用中，气体扩散过程通常是复杂的，涉及到
多种因素的综合作用。
因此，精确计算气体扩散速率需要考虑
更多的因素，如气体的分子量、容器的形状和尺寸、温度、压
力等。
对于天然气，其主要成分是甲烷(CH4)。
根据弗兰克庞克斯
定律，如果我们知道了天然气的浓度分布，并且已经确定了扩
散系数，就可以使用上述公式计算出天然气的扩散速率。
需要注意的是，当气体的扩散过程发生在较大尺度的环境中时，如室内空气的扩散，还需要考虑流体力学中的对流效应。
此时，扩散速率还受到流体速度、湍流程度等因素的影响，需
要结合扩散和对流的综合效果来计算气体的扩散速率。
总之，天然气气体扩散速率可以使用弗兰克庞克斯定律来描述，但在实际应用中需要综合考虑多种因素，并具体分析具体情况来计算。
气体扩散浓度计算模型介绍(1)
E~F
472 1985年
相似模型介绍
相似模型主要是针对HEGADAS以及以HEGADAS为基 础开发的模型。相似模型是对箱模型概念的扩展， 考虑了气云内部浓度和速度的分布，并采取了湍 流扩散系数而非空气卷吸速度的方法。 壳牌公司HEGADAS模型是HGSYSTEM系统软件包的重 要组成部分，HEGADAS模型即有处理稳定连续释放 的定常态版本，也有预报来自液化气液池蒸发在 中等或高风下扩散的瞬间版本。 DEGADIS模型是在HEGADAS模型基础上作的改进， 是美国海岸警卫队和气体研究院开发的。
第三类 浅层模式模型
浅层模式模型，是对重气扩散的控制方程 加以简化来描述其物理过程，是对于三维 模式模型和简单箱模型的折衷。它是基于 浅层理论（浅水近似）推广得到的，模型 采用了厚度平均变量来描述流场特征，有 利于考虑复杂地形的重气扩散情况。
浅层模式模型思想
该模型需要计算气云的宽度和高度，是拟三维的。 侧风浓度分布应用相似分布确定，气云与环境大 气的混合运用卷吸概念处理。不少专家对浅层模 型进行了进一步开发，Wheatley & Webber对卷吸 和热量传递的浅层模型进行了推导。Errnak等将 浅层模型发展为SLAB模型，包括求解质量、组分、 下风动量、侧风动量和能量的侧风平均守恒方程， 以及气云宽度方程和理想气体状况方程。
相似模型特点与适用
箱及相似模型具有概念清晰、计算量 较小等优点，可为危险评价、应急救 援、制定控制措施等提供指导。但其 自身也存在着局限性，如假定速度和 浓度的相似分布，模拟的精度较差， 重气云团向非重气云团过渡也存在着 很大的不确定性。
已开发的相似模型简介
SAFER、TRACE模型 （在Kaiser和Walker提出模型的基础上开发的） CONSEQ、PHAST、WHAZAN、SAFETI模型 （在Cox和Carpenter提出模型的基础上开发的） DENZ、DRIFT、CIGALE 2、SLOPEFMI模型 （在Fryer和Kaiser提出模型的基础上开发的） HEGADAS、HEGABOX、HGSYSTEM模型（Colenbrander） ⅡT HEAVY GAS MODELS模型（MANJU MOHAN , T. S. PANWAR 和M. P. SINGH） CHARM、ELOE模型（Eidsvik） 等等
第三章 泄漏与扩散925
第三章 泄漏与扩散
本章学习目标
• 1．了解化工企业中的常见泄漏源。 • 2．熟悉液体、气体和蒸气泄漏的泄漏速率计 算方法。 • 3．掌握液体闪蒸率及两相泄漏速率的计算方 法。 • 4．掌握液体蒸发（沸腾）速率的计算方法。 • 5．熟悉扩散模式及扩散影响因素。 • 6．熟悉高斯模型及扩散系数的计算方法。 • 7．了解重气云扩散的计算方法。 • 8．了解释放动量和浮力对扩散行为的影响。
3.14 6.3510 5 3 . 17 10 A 4 4 苯的密度为： 0.8794 1000 879.4
2
d
3 2
Qm AC 0 2 Pg
3.17105 0.61 2 879.4 1 6.9 105
674kg / s
二、通过储罐上的孔洞泄漏
sat
3-62
式中A----释放面积，m2； Co-----流出系数，无量纲； Pf-----液体密度，kg/m3； p-储罐内压力，Pa； psat——闪蒸液体处于周围温度情况下的饱 和蒸气压，Pa。
•
对储存在其饱和蒸气压下的液体，p一 psat，式( 3-62)将不再有效。考虑初始静止的 液体加速通过孔洞，假设动能占支配地位， 忽略潜能的影响，那么质量流量为：
• 对于空气泄漏到大气环境(pchoked =101.3 kPa)，如 果上游压力比101. 3/0. 528=191.9 kPa大，则通 过孔洞时流动将被遏止，流量达到最大化。在过 程工业中，产生塞流的情况很常见。 • 把式(3-24)代入式(3-23)，可确定最大流量： • M 2 ( 1) /( 1) • (Qm )choked C0 Ap0 RgT0 ( 1) (3-25) • 式中M -----泄漏气体或蒸气的相对分子质量; • To ------漏源的温度，k； • Rg——理想气体常数。
氯气泄漏扩散计算模拟
氯气泄漏扩散计算模拟（1）氯气泄漏扩散过程氯气管道、阀门、压力表或液氯钢瓶的材质、焊缝以及腐蚀造成的强度下降等设备缺陷原因都可能引起容器破裂从而引发氯气泄漏,使氯气迅速扩展。
氯气属于重气，它泄漏时的扩散机理与一般烟囱热污染性烟羽的扩散完全不同,它在地表的释放可分为三个过程。
初始阶段:气云刚形成的阶段，主导其运动的作用力为释放的惯性及外界的平均风速.重力扩展阶段：初始的动量消失后,主导作用为重力及外界的湍流扰动，由于重力使气团下降到地表拓展范围,而且稀释作用主要靠大气湍流以及气云下降引起的湍流卷增作用引入外界空气。
被动扩散阶段：当气云经一段时间混合稀释后，其密度和温度或浓度逐渐接近外界空气,主要靠大气的湍流。
（2）氯气危害浓度根据有关资料，氯气的半数致死浓度,即引起实验染毒动物半数死亡的毒物浓度为850mg/m3。
氯的最高允许浓度为1mg/m3，即在一个工作日内任何时间都不应超过的浓度。
选取浓度850mg/m3（283ppm）、300mg/m3(100ppm）、90mg/m3（30ppm）、30－90mg/m3(10－30ppm）、15mg/m3（5ppm）、5mg/m3（1。
7ppm）和1mg/m3（0.3ppm）7种浓度分别计算氯气泄漏的影响范围.浓度伤害分区危害程度Mg/m3ppm850 283 深吸入少量可能危及生命300 100 致死区(A区）可能造成致命性损害90 30 重伤区（B区）引起剧咳30～90 10~30 轻伤区（C区) 刺激咽喉，引起剧咳（3)液氯泄漏量计算流体泄漏速度可用流体力学的柏努利方程计算。
其泄漏速度为：()gh p p A Cd Q 220+-••=ρρ(7-1）式中Q 0——液体泄漏速度，kg/s; Cd ——液体泄漏系数； A ——裂口面积，m 2； ρ——泄漏液体密度,kg/m 3; P--容器内介质压力，Pa; P 0——环境压力，Pa ； g —-重力加速度，9.8m/s 2； h ——裂口之上液位高度，m 。
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学号： 07412225 常州大学毕业设计（论文）（2011届）题目重气泄漏扩散模拟及应急救援学生薛云龙学院环境与安全工程学院专业班级安全072班校内指导教师王新颖专业技术职务讲师校外指导老师专业技术职务二○一一年六月重气泄漏扩散模拟及应急救援摘要：重气泄漏扩散事故是经常发生且危害较大的一种事故形式，由于重气的密度大于空气，因此重气往往沿地面扩散，泄放物质进入人体将引起中毒事故，若泄放物质被点燃或引爆将引起大规模的燃烧爆炸事故。
虽然人们对重气泄漏扩散所造成的危害十分重视，但由于缺乏足够有效的数据来提供人们作风险评估及预防改善措施，因此采用数学模型进行模拟是必要的。
应在生产过程中，加强管理，强化生产者的安全生产教育。
分析了泄漏扩散事故的七大影响因素，提取并建立了泄漏事故模式，并对各种事故模式的泄漏机理和发生条件进行了研究分析。
通过试验研究得出在实际环境中大气主导风的风速，泄漏方向对气体扩散浓度分布有重大的影响，泄漏气体在下风向扩散的最快。
静风时，随着时间的增加，空间各点的浓度有升高的趋势；在稳定风流中，空间各点的浓度随时间的变化不明显，可以认为是稳态的。
泄漏的气体在下风向扩散的最快，在现场一旦发生天燃气泄漏，应综合考虑泄漏源的方向和该点当时的风向，风速等因素，及时准确预测泄漏气体可能扩散到危险区域，做好应对措施。
关键词：相似理论；泄漏模型；泄漏扩散模式；示踪法；重气；应急救援；Heavy gas leak dispersion modeling and emergency rescueAbstract ： As it is well-known, many industrial and domestic gases are toxic and flammable are stored in highly-pressurized vessels at liquefied state with ambient temperature. If there is by chance a sudden release, it often forms heavy-than-air vapour. The accident release and dispersion of toxic and flammable heavy gas can present a serious ris k to the public’s safety and to the environment. Disease may be caused when the flammable heavy gases are lit. Although great attention has been paid to the hazard of heavy gas dispersion, effective data of filed experiments are still insufficient to make risk assessment and precaution. Through the statistical analysis, draw a conclusion that chemical system in production, transportation and storage process, should first consideration and control of hazardous chemicals, and summarizes the characteristics of the leak diffusion process performance. Subjective factors, equipment inherent defect caused by leakage on China's chemical system is the main reason of the accident. In the process of production, should be strengthen management, strengthen the education of production safety producer. Analysis of the seven factors affecting diffusion of leakage accident, to extract and established the patterns of the leakage accident, and various and leakage accident modes mechanism and the conditions were studied and analyzed. Through the experimental study on practical environment atmosphere that dominated the wind, the wind of gas leakage direction spread concentration distribution, has enormous influence on the spread of gas leakage next wind fastest. Static, as time flies, the space increased concentration of the each point of the trend. In the stable romantic, space the concentration of each point does not change significantly over time, can be considered a steady. Leak gas diffusion next wind fastest, on the site once produce natural gas leak, should be taken into account in the direction and point source leaking the wind direction, wind speed at factors such as timely and accurate prediction leakage, gas may be spread to dangerous area, completes the countermeasures.Key words：Theory of similarity; Leakage model；Leakage diffusion mode；Trace method； heavy gas；Emergency rescue摘要 (Ⅰ)目次 (Ⅲ)1 绪论 (1)1.1 研究背景 (1)1.2 研究意义 (2)1.3 国内外研究现状 (3)1.4 课题的研究方法和内容 (4)1.4.1 研究方法 (5)1.4.2 研究内容 (5)1.5 论文的关键技术及难点 (5)2 重气的泄漏扩散过程 (7)2.1重气的定义 (7)2.2 重气云的形成 (7)2.3 重气的扩散过程 (8)2.4 危险气体泄漏扩散模型 (9)2.4.1 高斯模型 (9)2.4.2 LAB模型 (10)2.4.3 Sutton模型 (11)2.4.4 FEM3模型 (11)2.4.5 箱式重气模型 (12)2.5 小结 (14)3重气泄漏事故原因分析 (15)3.1 重气泄漏事故分析的必要性 (15)3.2 重气的危害性特点 (15)3.3 重气泄漏事故分析 (16)3.3.1 泄漏的主要设备 (16)3.3.2典型化学事故泄漏源类型 (16)3.3.3 泄漏原因分析 (17)3.3.3.1 基于人的因素进行分析 (17)3.3.3.2基于人的因素进行分析 (17)3.4 重气扩散的基本模式及影响因素 (18)3.4.1 重气泄漏扩散的基本模式 (18)3.4.2 影响重气扩散的因素 (18)3.5 小结 (19)4 试验模型设计以及试验过程 (20)4.1 模型设计和构建的基本内容 (20)4.2 模型材料的选择 (20)4.2.1 模型材料的选择原则 (20)4.2.2 模型材料的选取 (20)4.3 油气储运安全综合试验平台的构建 (21)4.3.1 试验模型的设计研究思想 (21)4.3.2 试验模型的构建 (21)4.3.2.1 建造试验模型的基本原则 (21)4.3.2.2 试验模型 (22)4.4 试验方案 (25)4.4.1 试验方法的选择 (25)4.4.2 试验的指导思想 (25)4.4.3 试验材料及仪器 (26)4.4.4 试验方案 (26)4.4.5 试验的技术路线 (26)4.4.6 试验的检验 (26)4.5 试验过程 (27)4.5.1 定性试验 (27)4.5.1.1 试验材料及仪器 (27)4.5.1.2 试验装置示意图 (28)4.5.1.3 定性试验过程 (28)4.5.2 定量试验过程 (32)4.5.2.1实验方法及步骤 (32)4.5.2.2实验数据处理及泄漏扩散规律分析 (33)4.6 小结 (38)5 危化品泄漏扩散事故应急救援 (39)5.1 危化品泄漏扩散事故应急救援的基本原则、基本任务及其特点 (39)5.1.1 危化品泄漏扩散事故应急救援的基本原则 (39)5.1.2 危化品泄漏扩散事故应急救援的基本任务 (39)5.1.3 危化品泄漏扩散应急救援的特点 (39)5.2 实施危化品泄漏扩散事故应急救援的核心问题 (40)5.2.1 通过立法确定应急计划的法律地位，建立市级应急体系 (40)5.2.2 直接、快速的报告制度 (40)5.2.3 泄漏扩散事故的分析评估 (40)5.2.4 畅通无阻的通讯联络 (40)5.2.5 快速的应急行动 (40)5.3 危化品泄漏扩散事故应急响应系统 (41)5.3.1 危化品泄漏扩散应急响应程序 (41)5.3.2危化品泄漏扩散应急组织系统 (41)5.3.3 应急通讯系统 (42)5.3.4 应急防护和救援 (42)5.3.5 应急预案 (43)5.3.6 应急状态终止 (43)5.4 危化品泄漏扩散事故应急监测系统 (43)5.4.1 应急监测管理 (43)5.4.2 应急监测组织保证 (43)5.4.3 应急监测技术支持 (44)5.5 本章小结 (44)6 结论与展望 (45)6.1 结论 (45)6.2 展望 (46)参考文献 (47)致谢 (49)1 绪论1.1 研究背景现代科学技术和工业生产的迅猛发展，为人类提供更好的物质生活条件的同时，也存在着极为严重的潜在的危害。